»ESyRE«: Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels

Während im Bereich der Energiewirtschaft durch den beginnenden Einsatz von Wasserkraft, Windkraft, Photovoltaik und Geothermie eine Reduzierung der Kohlendioxidemissionen erreicht werden konnte, ist die emittierte Menge an CO₂ aus dem Verkehrssektor nahezu konstant geblieben bzw. hat sich sogar weiter erhöht. Elektroautos leisten bereits heute im innerstädtischen und Kurzstreckenverkehr einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasen, aber nach aktuellem Stand wird es auch in der Zukunft Nischenanwendungen geben, die flüssige Kraftstoffe benötigen wie der Flug- und Schwerlastverkehr, spezielle Bau- und Großmaschinen sowie ein Teil des Bahnverkehrs. Der Anteil elektrifizierter Eisenbahnstrecken in Deutschland betrug im Jahr 2017 lediglich 60 %. Große Flächenstaaten wie die USA oder Kanada haben noch deutlich geringere Anteile elektrifizierter Strecken von teils unter 10 %. Für den Verkehrssektor sind deswegen synthetische, CO₂-neutrale Kraftstoffe (E-Fuels) eine vielversprechende Lösung.

Im Rahmen des »ESyRE«-Projekts soll eine effiziente Prozesskette zur Synthese und Rückverstromung von Diesel über SOFC-Brennstoffzellen untersucht und an einer Pilotanlage demonstriert werden. Der synthetische Kraftstoff wird über Hochtemperatur-Elektrolyse in einem Power-to-Liquid-Prozess für die Verwendung in Motoren erzeugt. Die Rückverstromung des synthetischen Kraftstoffs erfolgt in einem Brennstoffzellensystem (SOFC-APU). Neben CO₂-emissionsfreier Kraftstofferzeugung kann somit auch eine Effizienzsteigerung im Gesamtverbrauch des Schwerlastverkehrs und im Beispiel von Diesellokomotiven eine deutliche Reduzierung der CO₂- und Schadstoffemissionen erreicht werden. Neben der Entwicklung und Optimierung der Technologie soll eine techno-ökonomische Bewertung, eine Umwelt- und Gesamtwirkungsanalyse sowie eine Betrachtung zur Akzeptanz der neuen Verfahren durchgeführt werden.

Das Ziel des Fraunhofer IKTS im »ESyRE«-Projekt ist die Weiterentwicklung seiner SOFC-Stacktechnologie im Hinblick auf Stromdichte und Langzeitstabilität für den Einsatz im Brennstoffzellen- und Elektrolysebetrieb. Darüber hinaus wollen die Forschenden den stofflichen und energetischen Wirkungsgrad des Power-to-Liquid-Prozesses durch Optimierung der Fischer-Tropsch-Katalysatoren erhöhen. Neben den technischen Entwicklungen führt das Fraunhofer IKTS auch eine techno-ökonomische Bewertung der neuen Technologien durch.

Projektname: Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels: ESyRE

Förderkennzeichen: 03EN5003B

Projektträger: Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESN5)

Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektzeitraum: 01.02.2021 bis 31.01.2023

Projektpartner: EBZ Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft Brennstoffzelle mbH, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH